1、第4章 污水的物理处理,4-1 格栅与筛网 4-2 沉淀的理论基础 4-3 沉砂池 4-4 沉淀池 4-5 沉淀池的计算,4-1 格栅和筛网,格栅由一组（或多组）平行的金属栅条或筛网制成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。,作用：去除可能堵塞水泵 机组及管道阀门的较粗大 悬浮物，并保证后续处理 设施能正常运行，减轻后 续处理负荷。,选用栅条间距的原则： 不堵塞水泵和水处理厂 站的处理设备。,平面格栅：由栅条和框架组成。A型：栅条布置在框架的外侧；B型：栅条布置在框架的内侧（同侧）。曲面格栅,基本参数：宽度、长度、间隙净宽、栅条至外边框的距离型号表示
2、方法,安装方式及相关参数： 倾斜角 开口尺寸C 栅槽宽度B等,固定曲面格栅旋转鼓筒式格栅,按格栅栅条的净间隙，可分为：,粗格栅：50100mm；中格栅：1040mm；细格栅：310mm。,格栅的清渣方法,回转耙式清渣机,回转式机械格栅,循环齿耙格栅（带钩的塑料栅条）,旋转鼓筒式格栅,上海松江东部污水处理厂,上海松江东部污水处理厂,格栅栅条 断面形状,过格栅渠道 的水流流速,通常采用0.40.9m/s,格栅渠道的宽度要设置得当， 应使水流保持适当流速,污水过栅条 间隙的流速,污水过栅条 间距的流速,为防止栅条间隙堵塞 一般采用0.61.0m/s,最大流量时可取0.81.0m/s， 平均设计流量时
3、为0.3m/s,渐扩120,格 栅 的 设 计 与 计 算,计算内容：包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算、清渣机械选用。,格 栅 的 设 计 与 计 算,1.格栅的间隙数量n可由下式决定：式中：Qmax-最大设计流量，m3/s；e-栅条间距，m；h-栅前水深，m；最高0.5mv-污水流经格栅的速度，m/s-格栅倾角,2. 格栅的建筑宽度B由下式决定式中：B-格栅的建筑宽度，ms-格条宽度，m 3.栅后槽的总高度H由下式决定式中：h-栅前水深，m；h1-格栅的水头损失，m；h2-格栅前渠道超高，一般取0.3m。,通过格栅的水头损失h1的计算：,h0-计算水头损失，m；v-污水流经格栅的速度，m/
4、s；-阻力系数， 当为矩形断面时，=2.42； -格栅的放置倾角；g-重力加速度，m/s2；k-考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，可用式：k=3.361.32求定，一般采用k=3。,格 栅 的 设 计 与 计 算,格 栅 的 建 筑 尺 寸,4. 格栅的总建筑长度L由下 式决定式中：l1-进水渠道渐宽部位 的长度，m；其中：B1-进水渠道宽度m；1-进水渠道渐宽部位的展开 角度，一般1=20； H1-格栅前的渠道深度，m,l2-格栅槽与出水渠道连接处的 渐窄部位的长度,一般l2=0.5l1 。 5. 每日栅渣量W由下式决定式中：W1-栅渣量，m3/103m3污 水，取0.10.
5、01;K总-生活污水流量总变化 系数(表3-3)。,格栅所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道 系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关， 可参考的一些数据：,当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为 0.100.05m3/103m3污水；当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为 0.030.01 m3/103m3污水；栅渣的含水率约为80%，密度约为960kg/m3。,作用 用于废水处理或 短小纤维的回收,型式 振动筛网 水力筛网,填埋 焚烧（820以上） 堆肥 将栅渣粉碎后再返回废水中，作为可沉固体进入初沉池。,格栅、筛网截留的污染物的处置方法：,4-2 沉淀的理论基础,沉淀法是利用
6、水中悬浮颗粒的可沉降性能，即在重力作 用下沉淀去除，以达到固液分离的一种物理过程。,沉淀处理工艺的四种用法,根据悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀可分成四种类型,时间,固液分界面高度,自由沉淀及其理论基础,分 析 的 假 定,沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变。,静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力达到平衡，颗粒即成等速下沉。,悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力,重力大于浮力时，下沉；重力等于浮力时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。,1.悬浮颗粒的重力F1F1-颗粒的重力，是促使沉淀的作用力式中： V-颗粒的体积；g-颗粒的密度； g
7、-重力加速度。,2.水对自由颗粒的浮力为：y-液体的密度3.下沉过程受到的摩擦阻力： C-阻力系数；A-自由颗粒的投影面积；u-颗粒在水中的运动速度，即颗粒沉速。,悬 浮 颗 粒 在 水 中 的 受 力 分 析,球状颗粒自由沉淀的沉速公式,自由沉淀可由牛顿第二定律表达：,得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：,当受力达到平衡后：,当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。 若在层流状态下，C=24/Re， ,带入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（亦称斯托克斯定律）：,是水的动力粘度。,由上式可知，颗粒沉降
8、速度u与下述因素有关：,斯托克斯定律,当gy时，颗粒以速度u下沉； 当g与y相等时，u=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除； gy时，颗粒以速度u上浮。 u与颗粒直径d2成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。u与成反比，随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。,例题:油珠的直径为80微米，密度为0.8克/厘米3，水温20，计算油珠在水中的浮升速度。 解：油珠直径d=0.008厘米，20时水的粘滞系数=O.0101克/厘米秒。代入斯托克斯方程（stocks方程） ： 则：（厘米/秒）由计算雷诺数Re上述计算符合斯托克斯定律。,注 意
9、：应用斯托克斯公式要求围绕颗粒的水流呈层流状态，颗粒呈圆球形等，因此有很大局限性，通常并不以它来计算颗粒的沉速，可是它有助于理解影响沉速或上浮速度的诸因素。在实际工作中，一般通过观测颗粒的沉速，用斯托克斯公式反求它的粒径(一般用于探求d0.1毫米的颗粒)。当然，所求得的粒径只是名义上的尺寸，因为颗粒往往不是球形。,地面水中投加混凝剂后形成的矾花，或者生活污水中的有机性悬浮物，或者活性污泥等，在沉降过程中，絮状体互相碰撞凝聚，使颗粒尺寸变大，因此沉速将随深度而增加，如下图中2曲线所示。,自由沉淀与絮凝沉淀的轨迹l一离散颗粒，2一絮凝颗粒,因此，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。所
10、以试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的高度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。,絮凝沉淀理论,1,当水中的悬浮物浓度较高时，在沉降过程中，会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉淀现象。 沉淀的颗粒可以是凝聚以后的矾花，或是曝气池出流水中的活性污泥，或是高浊度水中的泥沙。拥挤沉淀的特点：在沉淀过程中，会出现一个清水和浑水的交界面，沉淀过程也就是交界面的下沉过程，因此也称成层沉淀。,拥挤沉淀理论,污泥开始沉淀时，沉淀柱中污泥浓度是均匀一致的。 沉淀一段时间后，在下沉的污泥与上层澄清液之间出现明显的分界面(界面1-1)，位于澄清液层A下面的称为受阻沉降层B。 在此层中若取样分析，
11、将发现污泥浓度是均匀一致的，并且具有一定的均匀沉降速度，即等于界面1-1的沉降速度。,在形成界面1-1及受阻沉降层的同时，在沉淀柱底部悬浮固体开始压缩，出现压缩层D。 在此层中悬浮固体的浓度也是均匀的，该层与其邻层的分界面(界面2-2)以一恒定的速度v上升。 在受阻沉降层与压缩层之间有一过渡层C，在此层中由于泥层逐渐变浓，界面的沉降速度逐渐减小。,当沉淀时间继续延长，界面1-1以匀速下沉，界面2-2以匀速上升。 到t=t2时，界面1-l与2-2相遇，B、C两层消失了，只剩下A和D层，此时污泥具有一均匀浓度C2,称之为临界浓度。 接着压缩开始，D层高度逐渐减小，但很缓慢，因为被压缩出来的水必须从
12、不断减小的颗粒间空隙流出，最后直到完全压实为止，污泥浓度为Cu。,下图表明界面位置随时间变化的情况。各层的沉降速度均可由沉降曲线上各点的切线斜率绘出，例如达到临界浓度C2时的界面沉速为v2。,AB及CD都为直线，B至C为过渡区，沉速逐渐减小。C至D所需的压缩时间很长。缓慢的搅拌有利于压缩，使挤压出来的水较易从污泥空隙中流出来。在连续流的沉淀池中，因为不断有新的污泥进入，不断由上部溢流澄清水及底部排出浓缩污泥，因此A、B、C、D各层均将保留着。,污水在池内沿水平方向等速流动，水平流速为v，从入口到出口时间为t； 悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，颗粒的水平分速等于水的水平流速v； 在沉淀池的进口区域，水
13、流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上，处于自由沉淀状态； 颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。,理想沉淀池的几个假定：,理想沉淀池原理,平流理想沉淀池,流入区、沉淀区、流出区、污泥区,当某一颗粒进入沉淀池后,另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度u。,必然存在某一粒径沉速为u0的颗粒，刚好能沉至池底,当颗粒沉速uu0时，无论这种颗粒处于进口端的什么位置，它都可以沉到池底被去除。当颗粒沉速uu0时，位于水面的颗粒不能沉到池底，会随水流出，如图中轨迹II所示；而当其位于水面下的某一位置时，它可以沉到池底而被去除，如图中II虚线轨迹所示。说明对于沉速u小于指定颗粒沉速
14、u0的颗粒，有一部分会沉到池底被去除。,在同一沉淀时间t，下式成立：故对于沉速为u1（u1u0）的全部悬浮颗粒，可被沉淀于池底的总量为：,设沉速为uu0的颗粒占全部颗粒的dP%，其中 的颗粒将会从水中沉到池底而去除。,设P0为沉速小于u0的颗粒占全部悬浮颗粒的比值。,而沉淀池能去除的颗粒包括uu0以及 uu0的两部分，故沉淀池对悬浮物的去除率为：,式中：P0-沉速小于u0的颗粒在全部悬浮颗粒中所占的百分数；（1-P0）沉速u0的颗粒去除百分数。,图3-13的运动迹线中存在着如下的关系：将上式带入式 A为沉淀池过水断面面积，A为沉淀池表面积，单位m2。Q/A的物理意义-反映沉淀池效力的参数，一般
15、称为沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示：理想沉淀池中，u0与q在数值上相同，但它们的物理概念不同： u0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流 量，单位是m3/m2h。故只要确定颗粒的最小沉速u0，就可以求得 理想沉淀池的表面负荷率。,中并简化后得出：,理想沉淀池的沉淀效率与池的表面积A有关，不决定于沉淀时间t与池的体积V。,沉淀池对悬浮物的去除率为：,辐流理想沉淀池,辐流沉淀池的去除率也可采用下式计算：,经推导计算可得：,竖流理想沉淀池,P0为ut v的颗粒占所有悬浮颗粒的比值。,凡是沉速utv的那些颗粒，才能被沉淀去除；而ut v的所有颗粒，都不能被沉淀去除，因此竖流沉淀池的去除率：,实际沉淀池与理想沉淀池之间的误差,在池深和池宽方向都存在水流分布不均匀的问题； 由于风力、水流、池壁等造成紊流，使实际沉淀池的去除率低于理想沉淀池。,1. 池深方向水平流速分布不均对去除率没有影响 2. 池宽方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的主要原因 3. 紊流的存在，使颗粒不能匀速下沉，使沉速减慢或加速，影响去除率。目前还不能用理论精确分析。,
